液流電池取代鋰離子電池?中間還隔著一個(gè)石墨烯
日前,美國哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種新型的液流電池。該團(tuán)隊(duì)表示,這種液流電池不僅可用于智能手機(jī)領(lǐng)域,還可被用于包括可再生能源在內(nèi)的新型能源應(yīng)用領(lǐng)域。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201702/344105.htm在移動時(shí)代,電池技術(shù)成為重中之重,甚至可以說沒有電池就沒有移動時(shí)代。然而,續(xù)航能力薄弱等問題存在于移動設(shè)備的電池中,電池技術(shù)的突破一直是尖端難題,從而制約了移動時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展。所以研究人員一直在探索更加有效的發(fā)電能源,以期提升續(xù)航能力。
實(shí)際上,液流電池并非新技術(shù),早在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)。與鋰電池相比,液流電池確實(shí)有一些優(yōu)勢。然而,這項(xiàng)技術(shù)一直處于研發(fā)階段,遲遲未能投入實(shí)際應(yīng)用,其原因就在于自身的局限性。
一、液流電池特性決定優(yōu)勢,某些方面優(yōu)于鋰電池
哈佛大學(xué)的團(tuán)隊(duì)是由材料與能源科技教授Michael Aziz及化學(xué)與材料科學(xué)教授Roy Gordon所領(lǐng)導(dǎo)的。他們所研究的新型液流電池基于一種中性PH水溶液中的有機(jī)分子進(jìn)行發(fā)電,其安全性與壽命皆優(yōu)于目前的電池產(chǎn)品。
其實(shí),液流電池領(lǐng)域并不算“荒地”,上世紀(jì)60年代,鐵—鉻體系的氧化還原電池就已經(jīng)出現(xiàn),可看作是全釩液流電池的前身。經(jīng)過多年的研發(fā),該技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步,并有望投入商用。與鋰離子電池相比,這種液流電池確實(shí)存在優(yōu)勢。
第一,其規(guī)??纱罂尚。O(shè)計(jì)靈活。
對于儲能系統(tǒng)來說,最重要的因素是電量和功率。通常情況下,釩液流電池可承受的功率取決于電堆大小,而電量的多少則與儲能罐的大小成正比。無論工程項(xiàng)目對儲能系統(tǒng)提出怎樣的要求,設(shè)計(jì)者都可以靈活地做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)并且能夠隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
上圖為液流電池結(jié)構(gòu)圖
反觀鋰離子電池,則是將儲能材料涂在集流體表面形成電極,其工藝及性能都是固定的,很難根據(jù)具體項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。兩相對比之下,液流電池的優(yōu)勢顯而易見。
更重要的是,液流電池具有可擴(kuò)展性。液流電池不管存儲量如何,結(jié)構(gòu)和控制方法幾乎都一樣,只要將儲能電解液混合均勻,就可以保證SOC(充放電深度)一致。
如想制造同樣規(guī)模的鋰電池,則需要堆疊電池?cái)?shù)量,同時(shí)運(yùn)用極為復(fù)雜的BMS(電池管理系統(tǒng))來管理每節(jié)電池的溫度及SOC。稍有不慎,過充、過放、過熱都會導(dǎo)致電池報(bào)廢甚至引發(fā)危險(xiǎn),這也是為何智能手機(jī)電池有時(shí)會發(fā)生爆炸的重要原因。
第二,液流電池壽命長。
目前市面上的鋰電池壽命約為1000~5000次。其主要儲能原理是在固態(tài)電極上的嵌入和脫嵌,此種方式極易產(chǎn)生裂紋從而使電池壽命終結(jié)。
液流電池的充放電機(jī)理則是基于化合價(jià)的變化,而非普通電池的物理變化,故而使用壽命極長。而且全釩液流電池由于正負(fù)極之間隔著離子交換膜,避免了正負(fù)電解液因混合而發(fā)生交叉感染的可能,相較于其他液流電池壽命更長。
第三,液流電池安全性極高。
正如第一點(diǎn)中所提到的,液流電池的特性使其安全性能得以保障。無起火或爆炸隱患,即使遭遇大電流也不會有什么安全問題。
此外,液流電池能量效率高達(dá)75%~80%,啟動速度只需0.02s,且電池部件多為廉價(jià)的碳材料,無需貴金屬作催化劑。
目前,全球范圍內(nèi)生產(chǎn)全釩液流電池的企業(yè)主要包括美國UniEnergy Technologies公司、奧地利Gildemeister公司、日本住友電工公司以及中國大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司。
其中,融科儲能公司累計(jì)實(shí)現(xiàn)全釩液流電池裝機(jī)容量超過12MW,占世界總裝機(jī)量的40%,而且還擁有世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行的5MW級大型工業(yè)儲能裝置。這意味著中國各項(xiàng)指標(biāo)都處于國際領(lǐng)先水平。
盡管液流電池有如此多的優(yōu)勢,且有一定規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用,但目前并未看到其大規(guī)模的投入商用和進(jìn)入消費(fèi)級市場,原因在于液流電池自身存在的局限性頗多。
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